3.2算法及其描述教学设计20232024学年粤教版高中信息技术必修1

3.2算法及其描述【本节对应课标的内容要求】从生活实例出发，概述算法的概念与特征，运用恰当的描述方法和控制结构表示简单算法。【知识技能要点】1、理解算法的概念2、掌握算法的特征3、从生活实例出发，概述算法的概念与特征4、运用恰当的描述方法和控制结构表示简单算法。【课前准备】智能过河游戏、微课视频、算法优化python程序、课件、课堂小测、学习任务单【教学过程】〖知识回顾〗上一节课我们学习体验了计算机解决问题的方法和步骤：“分析问题”、“设计算法”、“编写程序”、“调试运行程序”，而算法是整个问题解决的核心。什么是算法呢？〖游戏导入〗游戏规则：三个人来到河边准备过河，这时他们遇到三个鬼也准备过河。但是河上面的船比较小，只能同时乘两个人(或鬼)。条件：鬼在比人多的情况下是会吃人的。你能想办法让这三个人和这三个鬼顺利地过河吗？比一比，看看哪个小组同学最快完成。请一位同学根据本小组体验结果，将拖动左侧项目到对应的步骤上去，完成过河。〖讲授新课〗一、算法的概念师：智力过河问题通过六步得到完美解决，解决问题的过程步骤我们就可以理解为是一个广义的算法。那什么是算法呢？我们通过一个微课来了解一下。播放微课视频《什么是算法》二、算法的特征简单点说，算法就是解决问题的方法，我们再来回顾一下智力过河的算法，从这个算法中同学们能发现算法具有什么特征吗？①只有六步②每一步都比较明确③每一个步骤都是可实施的师：这些就是算法的特征。从刚才我们学习的算法概念里，我们也可以找出算法的几个特征：有穷性、确定性、可行性。算法：是指在有限步骤内求解某一问题所使用的一组定义明确的规则。通俗地说，算法就是用计算机求解某一问题的方法，是能被机械地执行的动作或指令的有穷集合。除此外，算法还有两个特征：数据输入、数据输出。数据输入指一个算法必须有零个或多个数据输入（如：只有一条print()语句的程序，没有数据输入）；数据输出指一个算法有一个或多个数据输出。如果没有数据输出，我们的程序就没有任何意义了。算法的特征都记住了吗？一句口诀帮助你记忆：“有出入可确定”，是不是好记多了。三、算法的描述韩信是汉高祖刘邦手下的一名大将，相传他有一个《韩信点兵》小故事，我们先来欣赏一下。播放《韩信点兵》视频你能帮刘邦算出有多少士兵吗？（假设士兵数量小于2000人）“3列纵队操练，余有1人；5列纵队操练，余有2人；7列纵队操练，余有2人。”对于这样的问题，应该怎样解决呢？同学们小组讨论分析，试用语言描述士兵数量计算的过程。同学讨论回答，老师整理出解决步骤：①S取0②S加1③如果S除以3余1、S除认5余2、S除以7余2，则输出数S④如果S<2000则跳转至步骤○2，否则执行步骤○5⑤程序结束我们设计的算法要想被别人理解和执行，就必须将它描述出来。描述算法常用的的方法有三种：自然语言描述、流程图描述、伪代码。刚才同学们对韩信点兵问题的回答就是算法的一种描述方法——自然语言描述。(一)自然语言描述算法，就是用人们日常所用的语言，如汉语、英语等来描述算法。从韩信点兵的算法中我们可以看出自然语言描述有什么特点？优点：通俗易懂，符合我们平时的表达习惯。但是平时我们的自然语言也有不足。如这句话：我要炒白菜。你怎么理解这句话呢？很显然，是有歧义的。缺点：自然语言描述的不足是对复杂问题表述不当，容易产生歧义性，导致算法执行的不确定。除了自然语言，还有一种算法描述方法——流程图。(二)流程图描述算法。流程图描述算法：是用程序框图来描述算法的一种表示方法。请快速记忆下面流程图的基本图形及功能。根据自然语言描述，将韩信点兵问题算法转化成流程图。流程图中用不同的图形代表不同的功能。请同学在白板上，拖动相应环节和图形到流程图虚线框里，完成流程图。从韩信点兵的流程图中，可以看出。流程图描述算法的优点：形象、直观、清晰、简洁。但它的不足是：需要特定的规则，运用大量图形符号，书写不方便。(三)伪代码描述算法第三种算法描述方法——伪代码。伪代码描述算法：是用介于自然语言和计算机语言之间的文字和符号来描述算法。上面的代码并不是我们计算机可以直接执行的程序代码，所以我们称它为伪代码。但它接近于我们学习的程序代码了。所以它的优点：书写方便，格式紧凑，易于理解，容易向计算机程序设计语言过渡。但它普适性不强。学习了三种算法描述方法，我们来做一个小游戏：为小蝌蚪找妈妈，将小蝌蚪的词条拖动到对应的青蛙上面。教师对描述算法的三种方式的特点作个简单总结。以后碰到这样的问题时，我们可以根据实际情况挑选一种合适的方式先对问题进行算法描述,再来编写程序代码就可以做到事半功倍了。练习：任意输入三个数，输出三个数中最大的值。小组讨论，将以上解决问题的算法用流程图表示出来。（传屏，对同学练习情况进行展示评价）同一问题可以用不同的算法来实现，所谓条条大路通罗马。但是，不同的算法往往会对解决问题的效率造成很大的影响。四、算法的优化算法是计算机程序解决问题的核心。设计一个好的算法，非常重要。在同学们电脑的桌面上有一个“程序效率”的python语言编写的程序。已知a+b+c=1000,且a2+b2=c2，求a,b,c的所有自然数解。运行程序，体验一下，看一看运行结果。师：程序除了光标在闪动外，没其他的反应是吧？不是没反应，而是程序在一直高速运转。为什么呢？（分析对比程序优化前后时间效率差异。优化前程序用时1357。15秒；优化后程序用时1.38秒差了近一千倍）通过流程图对比，感受算法设计差异。算法的差异得到的不仅仅是事半功倍，也可能是事半功千倍，甚至是万倍亿倍。这也是我们学习算法的意义和目的。五、三种基本控制结构还是以刚才的流程图为例：绿色框内部分，每个步骤都是按照先后顺序执行的，执行完一遍后，算法结束，这种结构就是算法控制的顺序结构。蓝色框内部分，表示算法中出现了分支，根据分支条件的真或假进行选择，选择其中的某一条分支执行，这种结构我们称为选择结构。桔色框内部分，表示在算法中的某一步或某几步需要反复执行，直到判断条件为真或假时才可终止，这种结构就是循环结构。以上就是算法描述中常用到的三种基本控制结构，而任何复杂的算法都可以用这3种基本控制组合来表示。使用三种基本控制结构的组合来描述算法，可以改善算法的清晰度，提高算法的可读性，原因如下：以控制结构为单位，只有一个入口和一个出口，各单位之间接口简单，比较容易独立地理解每一单位。缩小了算法的静态描述与动态执行过程之间的差异，使得两者容易对应，易于理解。【课堂检测】智力大比拼，完成课堂评测。课堂检测：1.关于算法的特征，以下说法正确的一项是()A、算法的步骤可以永远执行B、算法的每一个步骤都需要有明确的定义，不能有歧义出现C、算法必须要有数据输入D、算法可以没有数据的输出2.下列关于算法的描述，正确的是()A、算法只能用自然语言描述B、算法必须在有限步骤内实现C、算法就是一种高级程序设计语言D、算法可以有0个或多个输入，但只能有一个输出3.用流程图表示条件”A>B”是否成立，要用到以下哪个图形?()A、平行四边形B、圆角形C、菱形D、直角矩形4.下列问题不能用算法描